Формула силы
Здесь – сила, – масса тела, – ускорение.
Единица измерения силы – Н (ньютон).
Сила, векторная величина, то есть формулу правильнее было бы записать следующим образом:
Вектор силы направлен туда же, куда и ускорение. Если на тело действует несколько сил, то его движение будет обусловлено их равнодействующей. Если равнодействующая всех сил равна нулю, то тело будет находиться в состоянии покоя или двигаться равномерно и прямолинейно.
Формула явно показывает, что сила зависит от ускорения тела, а не от скорости.
Примеры решения задач по теме «Сила»
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! | |||
Формула силы в физике
Определение и формула силы
ОпределениеСилы способны изменять скорости тел и вызывать их деформации. Примером деформированного тела служит сжатая (растянутая) пружина.
Две силы считают равными по модулю и противоположными по направлению, если они приложены к одному телу, но ускорение такого тела равно нулю.
Второй закон Ньютона
Равнодействующая всех сил приложенных к телу (векторная сумма всех сил) () равна производной от импульса тела по времени:
где — импульс тела, m–масса рассматриваемого тела, — скорость. Надо отметить, что уравнение (1) строго применимо только относительно материальной точки. Если рассматривается протяженное тело, то под скоростью понимают скорость движения центра масс тела.
Если масса материальной точки (m)не изменяется во времени, то формула, определяющая результирующую силу, приложенную к ней (второй закон Ньютона) можно представить в виде:
где – ускорение, которое материальная точка приобретает в результате воздействия на нее силы. Выражение (2) показывает то, что если =0, то тело (материальная точка) движется равномерно и прямолинейно или покоится.
Если сила, приложенная к телу, является постоянной (по модулю и направлению), то формулу для нее можно представить в виде:
Единицы измерения силы
Основной единицей измерения момента силы в системе СИ является: [F]=Н=(кг•м)/с2
В СГС: [F]=дин
1Н=105 дин
Примеры решения задач
ПримерЗадание. Уравнения ( и – постоянные коэффициенты) задают движение материальной точки массы m=const. Как изменяется по модулю сила, которая действует на точку?
Решение. В качестве основы для решения задачи используем второй закон Ньютона в виде:
Зная законы изменения координат точки в зависимости от времени определим уравнения изменения составляющих ускорения. Для этого найдем производные по времени от соответствующих координат:
Единицы силы. Динамометр. Видеоурок. Физика 7 Класс
Тема: Взаимодействие тел
Урок: Единицы силы. Динамометр
Прежде всего, вспомним, что такое сила. Когда на тело действует другое тело, физики говорят, что со стороны другого тела на данное тело действует сила.
Сила – это физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое.
Сила обозначается латинской буквой F, а единица силы в честь английского физика Исаака Ньютона называется ньютоном (пишем с маленькой буквы!) и обозначается Н (пишем заглавную букву, так как единица названа в честь ученого). Итак,
Наравне с ньютоном, используются кратные и дольные единицы силы:
килоньютон 1 кН = 1000 Н;
меганьютон 1 МН = 1000000 Н;
миллиньютон 1 мН = 0,001 Н;
микроньютон 1 мкН = 0,000001 Н и т. д.
Под действием силы скорость тела изменяется. Другими словами, тело начинает двигаться не равномерно, а ускоренно. Точнее, равноускоренно: за равные промежутки времени скорость тела меняется одинаково. Именно изменение скорости тела под действием силы физики используют для определения единицы силы в 1 Н.
Единицы измерения новых физических величин выражают через так называемые основные единицы – единицы массы, длины, времени. В системе СИ – это килограмм, метр и секунда.
Пусть под действием некоторой силы скорость тела массой 1 кг изменяет свою скорость на 1 м/с за каждую секунду
Один ньютон (1 Н) – это сила, под действием которой тело массой 1 кг изменяет свою скорость на 1 м/с каждую секунду.
Экспериментально установлено, что сила тяжести, действующая вблизи поверхности Земли на тело массой 102 г, равна 1 Н. Масса 102 г составляет приблизительно 1/10 кг, или, если быть более точным,
Но это означает, что на тело массой 1 кг, то есть на тело в 9,8 раз большей массы, у поверхности Земли будет действовать сила тяжести 9,8 Н. Таким образом, чтобы найти силу тяжести, действующую на тело любой массы, нужно значение массы (в кг) умножить на коэффициент, который принято обозначать буквой g:
Мы видим, что этот коэффициент численно равен силе тяжести, которая действует на тело массой 1 кг. Он носит название ускорение свободного падения. Происхождение названия тесно связано с определением силы в 1 ньютон. Ведь если на тело массой 1 кг действует сила не 1 Н, а 9,8 Н, то под действием этой силы тело будет изменять свою скорость (ускоряться) не на 1 м/с, а на 9,8 м/с каждую секунду. В старшей школе этот вопрос будет рассмотрен более подробно.
Теперь можно записать формулу, позволяющую рассчитать силу тяжести, действующую на тело произвольной массы m(Рис. 1).
Рис. 1. Формула для расчета силы тяжести
Следует знать, что ускорение свободного падения равно 9,8 Н/кг только у поверхности Земли и с высотой уменьшается. Например, на высоте 6400 км над Землей оно меньше в 4 раза. Однако при решении задач этой зависимостью мы будем пренебрегать. Кроме того, на Луне и других небесных телах также действует сила тяжести, и на каждом небесном теле ускорение свободного падения имеет свое значение.
На практике часто приходится измерять силу. Для этого используется устройство, которое называется динамометр. Основой динамометра является пружина, к которой прикладывают измеряемую силу. Каждый динамометр, помимо пружины, имеет шкалу, на которую нанесены значения силы. Один из концов пружины снабжен стрелкой, которая указывает на шкале, какая сила приложена к динамометру (Рис. 2).
Рис. 2. Устройство динамометра
В зависимости от упругих свойств пружины, использованной в динамометре (от ее жесткости), под действием одной и той же силы пружина может удлиняться больше или меньше. Это позволяет изготавливать динамометры с различными пределами измерения (Рис. 3).
Рис. 3. Динамометры с пределами измерения 2 Н и 1 Н
Существуют динамометры с пределом измерения в несколько килоньютонов и больше. В них используется пружина с очень большой жесткостью (Рис. 4).
Рис. 4. Динамометр с пределом измерения 2 кН
Если подвесить к динамометру груз, то по показаниям динамометра можно определить массу груза. Например, если динамометр с подвешенным к нему грузом показывает силу 1 Н, значит, масса груза равна 102 г.
Обратим внимание на то, что сила имеет не только численное значение, но и направление. Такие величины называют векторными. Например, скорость – это векторная величина. Сила – также векторная величина (говорят еще, что сила – вектор).
Рассмотрим следующий пример:
Тело массой 2 кг подвешено на пружине. Необходимо изобразить силу тяжести, с которой Земля притягивает это тело, и вес тела.
Вспомним, что сила тяжести действует на тело, а вес – это сила, с которой тело действует на подвес. Если подвес неподвижен, то численное значение и направление веса такие же, как у силы тяжести. Вес, как и сила тяжести, рассчитываются по формуле, изображенной на рис. 1. Массу 2 кг необходимо умножить на ускорение свободного падения 9,8 Н/кг. При не слишком точных расчетах часто ускорение свободного падения принимают равным 10 Н/кг. Тогда сила тяжести и вес приблизительно будут равны 20 Н.
Для изображения векторов силы тяжести и веса на рисунке необходимо выбрать и показать на рисунке масштаб в виде отрезка, соответствующего определенному значению силы (например, 10 Н).
Тело на рисунке изобразим в виде шара. Точка приложения силы тяжести – центр этого шара. Силу изобразим в виде стрелки, начало которой расположено в точке приложения силы. Стрелку направим вертикально вниз, так как сила тяжести направлена к центру Земли. Длина стрелки, в соответствии с выбранным масштабом, равна двум отрезкам. Рядом со стрелкой изображаем букву 
, которой обозначается сила тяжести. Так как на чертеже мы указали направление силы, то над буквой ставится маленькая стрелка, чтобы подчеркнуть, что мы изображаем векторную величину.
Поскольку вес тела приложен к подвесу, начало стрелки, изображающей вес, помещаем в нижней части подвеса. При изображении также соблюдаем масштаб. Рядом помещаем букву 
Полное решение задачи будет выглядеть так (Рис. 5).
Рис. 5. Оформленное решение задачи
Еще раз обратите внимание на то, что в рассмотренной выше задаче численные значения и направления силы тяжести и веса оказались одинаковыми, а точки приложения – различными.
При расчете и изображении любой силы необходимо учитывать три фактора:
· численное значение (модуль) силы;
· направление силы;
· точку приложения силы.
Сила – физическая величина, описывающая действие одного тела на другое. Обычно она обозначается буквой F. Единица измерения силы – ньютон. Для того чтобы рассчитать значение силы тяжести, необходимо знать ускорение свободного падения, которое у поверхности Земли составляет 9,8 Н/кг. С такой силой Земля притягивает к себе тело массой 1 кг. При изображении силы необходимо учитывать ее числовое значение, направление и точку приложения.
Список литературы
- Перышкин А. В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
- Перышкин А. В. Сборник задач по физике, 7–9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.
- Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.
Дополнительные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (Источник).
- Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (Источник).
- Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (Источник).
- Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (Источник).
Домашнее задание
- Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов №327, 335–338, 351.
ФИЗИКА: Задачи на силу тяжести и вес тела
Задачи на силу тяжести
и вес тела с решениями
Формулы, используемые на уроке «Задачи на силу тяжести и вес тела»
Название величины | Обозначение | Единицы измерения | Формула |
Масса | m | кг | m = F / g |
Вес тела | P | H | P = m *g |
Сила тяжести | Fтяж | H | Fтяж = mg |
Постоянная (сила тяжести, действующая на тело массой 1 кг) | g = 10 H/кг | H/кг |
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача № 1. Определите силу тяжести, действующую: а) на человека массой m = 100 кг; б) на автомобиль массой М = 1,5 т; в) на монет массой m = 5 г.
Задача № 2. Какова масса свинцового шара, если он весит 600 Н?
Задача № 3. Масса футбольного мяча 400 г. Вычислите вес мяча и силу тяжести, действующую на него.
Задача № 4. Чему равна сила тяжести тела, масса которого 4 кг?
Задача № 5. Какой вес имеет вода объемом 3 дм3?
Задача № 6. Подвешенная к потолку люстра действует на потолок с силой 49 Н. Какова масса люстры?
Задача № 7. Изобразите графически силу тяжести и вес гири массой 1 кг.
Задача № 8. Изобразите графически силы, действующие на шар, висящий на нити.
Решение. На шар, висящий на нити, действуют несколько сил: сила тяжести, приложенная к шару, сила упругости нити, приложенная к нити, и вес тела, приложенный к подвесу. Шар неподвижен, поэтому численно эти силы равны, следовательно, длина стрелок, изображающих силы, будет одинакова.
Задача № 9 (повышенной сложности). Как изменяются сила тяжести, действующая на космонавта, и его вес, когда он перемещается с Земли на орбитальную станцию?
ОТВЕТ: сила тяжести — незначительно, а вес будет равен нулю.
РЕШЕНИЕ: Сила тяжести уменьшается незначительно (менее чем на 10% при высоте орбиты 300 км), так как она зависит только от массы тела и расстояния до центра Земли, которое при перемещении на орбитальную станцию изменяется всего на несколько процентов. Если бы не сила притяжения к Земле, орбитальная станция покинула бы околоземную орбиту и улетела далеко в космическое пространство. А вот вес космонавта в орбитальной станции равен нулю, поскольку космонавт вместе со станцией находится в состоянии свободного падения на Землю.
Краткая теория к задачам на силу тяжести и вес тела
Конспект урока «Задачи на силу тяжести и вес тела с решениями».
Следующая тема: «Задачи на давление твердых тел».
Как найти силу трения скольжения 🚩 f трения формула 🚩 Естественные науки
Инструкция
Случай 1. Формула для силы трения скольжения: Fтр = мN, где м – коэффициент трения скольжения, N – сила реакции опоры, Н. Для тела, скользящего по горизонтальной плоскости, N = G = mg, где G — вес тела, Н; m – масса тела, кг; g – ускорение свободного падения, м/с2. Значения безразмерного коэффициента м для данной пары материалов даны в справочной литературе. Зная массу тела и пару материалов. скользящих друг относительно друга, найдите силу трения.Случай 2. Рассмотрите тело, скользящее по горизонтальной поверхности и двигающееся равноускоренно. На него действуют четыре силы: сила, приводящее тело в движение, сила тяжести, сила реакции опоры, сила трения скольжения. Так как поверхность горизонтальная, сила реакции опоры и сила тяжести направлены вдоль одной прямой и уравновешивают друг друга. Перемещение описывает уравнение: Fдв — Fтр = ma; где Fдв – модуль силы, приводящей тело в движение, Н; Fтр – модуль силы трения, Н; m – масса тела, кг; a – ускорение, м/с2. Зная значения массы, ускорения тела и силы, воздействующей на него, найдите силу трения. Если эти значения не заданы прямо, посмотрите, есть ли в условии данные, из которых можно найти эти величины.
Пример задачи 1: на брусок массой 5 кг, лежащий на поверхности, воздействуют силой 10 Н. В результате брусок двигается равноускоренно и проходит 10 метров за 10 секунд. Найдите силу трения скольжения.Уравнение для движения бруска:Fдв — Fтр = ma. Путь тела для равноускоренного движения задается равенством: S = 1/2at^2. Отсюда вы можете определить ускорение: a = 2S/t^2. Подставьте данные условия: а = 2*10/10^2 = 0,2 м/с2. Теперь найдите равнодействующую двух сил: ma = 5*0,2 = 1 Н. Вычислите силу трения: Fтр = 10-1 = 9 Н.
Случай 3. Если тело на горизонтальной поверхности находится в состоянии покоя, либо двигается равномерно, по второму закону Ньютона силы находятся в равновесии : Fтр = Fдв.
Пример задачи 2: бруску массой 1 кг, находящемуся на ровной поверхности, сообщили импульс, в результате которого он проехал 10 метров за 5 секунд и остановилось. Определите силу трения скольжения.Как и в первом примере, на скольжение бруска влияют сила движения и сила трения. В результате этого воздействия тело останавливается, т.е. приходит равновесие. Уравнение движения бруска: Fтр = Fдв. Или: N*м = ma. Брусок скользит равноускоренно. Рассчитайте его ускорение подобно задаче 1: a = 2S/t^2. Подставьте значения величин из условия: а = 2*10/5^2 = 0,8 м/с2. Теперь найдите силу трения: Fтр = ma = 0,8*1 = 0,8 Н.
Случай 4. На тело, самопроизвольно скользящее по наклонной плоскости, действуют три силы: сила тяжести (G), сила реакции опоры (N) и сила трения (Fтр). Сила тяжести может быть записана в таком виде: G = mg, Н, где m – масса тела, кг; g – ускорение свободного падения, м/с2. Поскольку эти силы направлены не вдоль одной прямой, запишите уравнение движения в векторном виде.
Сложив по правилу параллелограмма силы N и mg, вы получите результирующую силу F’. Из рисунка можно сделать выводы: N = mg*cosα; F’ = mg*sinα. Где α – угол наклона плоскости. Силу трения можно записать формулой: Fтр = м*N = м*mg*cosα. Уравнение для движения принимает вид: F’-Fтр = ma. Или: Fтр = mg*sinα-ma.
Случай 5. Если же к телу приложена дополнительная сила F, направленная вдоль наклонной плоскости, то сила трения будет выражаться: Fтр = mg*sinα+F-ma, если направление движения и силы F совпадают. Или: Fтр = mg*sinα-F-ma, если сила F противодействует движению.
Пример задачи 3: брусок массой 1 кг соскользнул с вершины наклонной плоскости за 5 секунд, пройдя путь 10 метров. Определите силу трения, если угол наклона плоскости 45о. Рассмотрите также случай, когда на брусок воздействовала дополнительная сила 2 Н, приложенная вдоль угла наклона по направлению движения.Найдите ускорение тела аналогично примерам 1 и 2: а = 2*10/5^2 = 0,8 м/с2. Вычислите силу трения в первом случае: Fтр = 1*9,8*sin(45о)-1*0,8 = 7,53 Н. Определите силу трения во втором случае: Fтр = 1*9,8*sin(45о)+2-1*0,8= 9,53 Н.
Случай 6. Тело двигается по наклонной поверхности равномерно. Значит, по второму закону Ньютона система находится в равновесии. Если скольжение самопроизвольное, движение тела подчиняется уравнению: mg*sinα = Fтр.Если же к телу приложена дополнительная сила (F), препятствующая равноускоренному перемещению, выражение для движения имеет вид: mg*sinα–Fтр-F = 0. Отсюда найдите силу трения: Fтр = mg*sinα-F.
Результирующая сила — урок. Физика, 7 класс.
Если на тело одновременно действует несколько сил, тогда состояние тела или его движение определяет результирующая сила — сумма всех сил.
Если силы действуют в одном направлении, результирующая сила равна сумме сил.
F1→F2→
Fрез=F1+F2 | Сила тяги обеих лошадей суммируется |
Обрати внимание!
Если силы действуют в противоположных направлениях, результирующая сила равна разности сил — от большей силы отнимают меньшую, результирующая сила действует в направлении большей силы.
Например, при движении автомобиля на него действуют две силы: сила тяги \(Fт\), создаваемая двигателем и направленная в сторону движения, и сила трения \(Fтр\) с поверхностью дороги, которая направлена в противоположном направлении (силу сопротивления воздуха не учитываем).
Fрез=Fт−Fтр
| Fтр→ Fт→
Fрез=Fтр−Fт |
В этом случае движение автомобиля будет замедленным, так как сила трения больше, чем сила тяги.
|
Если сила тяги одинакова с силой трения, тогда автомобиль двигается с постоянной скоростью.
Эти силы компенсируют друг друга. Сумма всех сил равна нулю, и автомобиль двигается без ускорения.
Fрез=0
1-й закон Ньютона:
Если на тело не действуют силы или они уравновешены, тогда тело остаётся неподвижным или двигается равномерно и прямолинейно.
Когда автомобиль стоит на дороге, он находится в статическом равновесии. На него действуют две силы — сила притяжения (гравитации) и сила упругоcти опоры (дороги), которые компенсируют друг друга, их сумма равна нулю.
Каждое тело стремится оказывать сопротивление изменению скорости, оказывая сопротивление силе, вызывающей ускорение.
Стремление тела сопротивляться изменению скорости называют инерцией. Масса является мерой инерции (чем больше масса, тем больше инерция тела).
Обрати внимание!
Из-за инерции тормозной путь у автобуса длиннее, чем у легкового автомобиля!
Формула силы тяжести
Здесь – сила тяжести, – масса, — ускорение свободного падения.
Единица измерения силы – Н (ньютон).
Для тела, находящегося на определённой высоте над Землёй сила тяжести может быть найдена по формуле:
Здесь – гравитационная постоянная, – масса тела, – масса Земли ( кг), – высота тела над Землёй, – радиус Земли ( м).
Из-за того, что Земля имеет сплюснутую форму, то есть её радиус не везде одинаков, ускорение свободного падения меняется в зависимости от географической широты, от на экваторе до на полюсах. – его среднее значение.
Сила тяжести действует на тело, имеющее опору или подвес. Если тело их не имеет, то есть находится в состоянии свободного падения, то говорят, что тело находится в невесомости. Сила тяжести всегда направлена к центру Земли.
Примеры решения задач по теме «Сила тяжести»
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! | |||